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量子糾纏技術(shù)與量子通信
以下是小編收集的餓關(guān)于量子糾纏技術(shù)與量子通信的論文，歡迎大家借鑒哦!
摘要：本文首先簡(jiǎn)要描述量子糾纏技術(shù)，其次論述量子通信原理.最后提及量子通信發(fā)展的最新情況。
關(guān)鍵詞：量子通信 量子糾纏 隔空傳物
1、概論
量子技術(shù)于上個(gè)世紀(jì)八十年代誕生并在二十世紀(jì)末在國(guó)際學(xué)術(shù)界引起了巨大興趣和高度重視。以量子糾纏為原理的量子信息技術(shù)突破了現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，在通信科學(xué)領(lǐng)域中提供新的原理和方法。二十一世紀(jì)信息科學(xué)將從“經(jīng)典”時(shí)代跨越到“量子”時(shí)代，其發(fā)展將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)軍事、國(guó)防安全等都有著直接而重大的影響，各國(guó)都將量子技術(shù)作為重大戰(zhàn)略點(diǎn)投入并發(fā)展。
2、量子糾纏技術(shù)
量子糾纏是一種存在于多種量子系統(tǒng)中的一種子系統(tǒng)。從測(cè)量學(xué)的角度分析，量子糾纏的結(jié)果無(wú)法獨(dú)立于單獨(dú)的系統(tǒng)且必定聯(lián)系其他系統(tǒng)的參數(shù)。通常，一個(gè)量子是無(wú)法產(chǎn)生糾纏態(tài)的，至少要有兩個(gè)量子位。假設(shè)由C和D構(gòu)成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，如果其量子態(tài)不能表示為該系統(tǒng)的糾纏態(tài)，則此復(fù)合系統(tǒng)的波函數(shù)不能表示為該子系統(tǒng)的直積：
常見的糾纏態(tài)有：兩個(gè)粒子構(gòu)成的貝爾基，它兩兩相交且具有最大的糾纏態(tài);三個(gè)粒子構(gòu)成的GHZ糾纏態(tài)等。
量子糾纏的實(shí)質(zhì)是一種微觀的多系統(tǒng)之間的一種非定域的關(guān)聯(lián)，它是傳遞量子信息的通道，這也是用于實(shí)現(xiàn)量子通信的基礎(chǔ)。
3、量子通信技術(shù)
量子通信是以量子糾纏技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過量子糾纏所產(chǎn)生的連鎖效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種新型的通信方式。量子通信結(jié)合了量子論和信息論，主要應(yīng)用于量子密碼通信，遠(yuǎn)程傳態(tài)等。
量子通信的信息單位稱為量子比特(qubit)，它是兩種邏輯態(tài)的疊加。在量子通信中，我們用量子態(tài)來(lái)表示信息，信息傳遞和信息處理中遇到的問題都采用量子理論來(lái)處理，其中，信息的傳輸是利用量子態(tài)在量子通道中的傳送，信息的處理和計(jì)算是利用量子態(tài)的幺正變換，信息的提取是對(duì)量子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。
我們看到，信息一旦量子化，則量子力學(xué)便成為了實(shí)現(xiàn)量子通信的物理基礎(chǔ)，量子具有如下特性：
(1)量子的糾纏性。
(2)量子的不可克隆性。
(3)量子的疊加性和相干性。
在量子通信系統(tǒng)中，兩個(gè)共享信息的人必須共享兩個(gè)幾乎一致的成對(duì)的量子(如光子)，當(dāng)其中一個(gè)量子攜帶了信息，則此信息會(huì)消失或者重現(xiàn)在另一個(gè)光子上，以此實(shí)現(xiàn)“不加外力”方式傳輸信息。所謂的“不加外力”傳輸是指信息在一個(gè)地方消失，又能在另一個(gè)地方重現(xiàn)的過程。由于報(bào)文是一種“不加外力”方式傳輸信息，因此，量子通信中的發(fā)信者與收信者利用報(bào)文方式傳輸所共享的量子的數(shù)量取決于發(fā)送報(bào)文本身的長(zhǎng)度。由于量子只能成對(duì)產(chǎn)生且只能在一對(duì)發(fā)送者和接受者之間進(jìn)行傳輸，所以量子通信網(wǎng)絡(luò)也只能是一個(gè)鏈路一個(gè)鏈路地建立。
量子通信的特點(diǎn)在于量子通信中的信息傳遞可以不通過通信雙方之間的空間，從而使得通信不會(huì)受到空間環(huán)境的制約與影響;量子通信的傳輸線路時(shí)延可以為0，是最快的通信方式;量子通信中，第三方是無(wú)法進(jìn)行干擾和偷聽。信息的載體—量子，是完全只保存在通信雙方處;量子通信不存在任何電磁輻射污染，屬于環(huán)保型新技術(shù)。
4、量子通信前沿
量子通信的實(shí)現(xiàn)方式通常有兩種：
(1)利用量子耦合技術(shù)，制造出多粒子的量子耦合態(tài)。
(2)利用生物技術(shù)，建立意識(shí)生物的意識(shí)器官之間的某種量子耦合。
今年五月，中國(guó)科學(xué)院成功實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離量子通信隱態(tài)傳輸。量子的運(yùn)動(dòng)不遵循中學(xué)學(xué)過的牛頓定律和麥克斯韋電磁定律，也不遵循描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的相對(duì)論。量子通信最突出的是不能同時(shí)滿足實(shí)在性和定域性。由于量子處于所有可能狀態(tài)的疊加態(tài)，當(dāng)你以不同方式觀測(cè)它時(shí)，它才明確呈現(xiàn)出特定的狀態(tài)，呈現(xiàn)何種狀態(tài)與觀測(cè)者和觀測(cè)方式有關(guān)。其實(shí)現(xiàn)量子通信隱態(tài)傳輸原理如下：第一，把相干的兩個(gè)量子A和B分別傳送到信息的發(fā)端和收端;第二，另取一個(gè)量子C(這個(gè)C就是要被傳輸?shù)臇|西)，在發(fā)端對(duì)A和C做某種聯(lián)合測(cè)量;第三，通過經(jīng)典信道(比如打電話、發(fā)郵件等)把聯(lián)合測(cè)量A與C的結(jié)果告知B;第四，收端在得知A與C聯(lián)合測(cè)量的結(jié)果之后，做某種運(yùn)算(或測(cè)量)，運(yùn)算之后B的狀態(tài)與C在測(cè)量之前的狀態(tài)就一致了(在發(fā)端對(duì)A和C進(jìn)行測(cè)量的瞬間，由于A和B是相干的，B的狀態(tài)也受到了某種程度的影響，這種影響，是C的初始狀態(tài)可以在B上還原的根本原因)。到此為止，量子C在發(fā)端消失了(對(duì)量子的測(cè)量會(huì)導(dǎo)致量子狀態(tài)的變化，從這個(gè)意義上講，測(cè)量之后的C已經(jīng)不是原來(lái)的C了)，它又出現(xiàn)在收端(收端量子B的狀態(tài)與原來(lái)C的狀態(tài)相同，從這個(gè)意義上講，C在收端重現(xiàn)了)。具體到物體從某地消失，瞬間又出現(xiàn)在另外的地方，從上面的解釋可以知道，單從物理原理上說(shuō)是可能的。更嚴(yán)格的說(shuō)法是物體在某地被銷毀，然后在另一地用相同的原料被重構(gòu)。
與現(xiàn)在的通信方式相比，量子通信最大的特點(diǎn)是信道資源不再是瓶頸，甚至不再是有限的，量子信道的容量無(wú)限大，量子態(tài)傳輸?shù)乃俣葻o(wú)限快，而且量子態(tài)的傳輸無(wú)法攔截，因而是絕對(duì)安全的。
參考文獻(xiàn)：
[1]張鎮(zhèn)九等.量子計(jì)算與通信加密[M].華中師范大學(xué)出版社，2003.
[2]陳志新等.量子保密通信及其發(fā)展[J].量子通信學(xué)報(bào)，2003.20(4)：385-390.
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